包含降频转换膜元件的背光系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及改善包含降频转换膜元件的背光系统的色彩均匀度的方法以及改进的背光系统。
【背景技术】
[0002]液晶显示器(IXD)是非发射显示器，其将单独的背光单元以及红色、绿色和蓝色滤色器用于像素以在屏幕上显示彩色图像。红色、绿色和蓝色滤色器分别将背光单元发射的白光分为红光、绿光和蓝光。LCD装置可显示的色彩范围被称作色域。
[0003]LCD背光系统通常包括包含反射板或反射膜的膜叠堆、包含提取特征结构的光导(例如，导光板或导光膜)、漫射片、光重定向膜(例如，棱镜膜、透镜膜和/或其他增亮膜)和/或反射偏光片。传统上，LCD利用由蓝色LED芯片与黄光YAG荧光粉相结合构成的白光发光二极管(LED)。移动式/手持式装置通常为侧光式，并且包含光导，以使光均匀地分布在显示区域上。然后使用漫射片将“白”光扩散出光导。然而，最近已经开发出具有改善的色域的LCD。在这些LCD中，白光LED被蓝光LED取代，并且漫射片被主动转换色彩的降频转换膜元件取代。降频转换片可包括例如红色和绿色量子点、荧光粉、荧光染料等。仅将典型LCD背光源中的底部漫射片替换为量子点膜元件，可显著增大所获得的色域(例如，增大50%)。
[0004]与包含量子点膜元件或其他降频转换膜元件的背光系统相关联的一个问题在于靠近背光源边界(即，显示器的可视区的边缘处)的色彩不均匀。通常，这种不均匀性表现为显示器可视区的边缘处的蓝辉光。这种辉光通常被认为是由从背光系统的边缘泄漏的蓝光造成的。
【发明内容】
[0005]根据上述观点，我们认识到需要改善包含降频转换膜元件的背光系统的色彩均匀度。
[0006]出人意料地，我们发现包含降频转换膜元件的显示器的可视区边缘处的色彩不均匀性并非仅由此前认为的蓝光泄漏所引起的。相反，我们发现该色彩不均匀性主要是由显示器边缘处的红光和绿光不足引起的，因为红光和绿光与蓝光相比，存在角分布的差异。
[0007]简而言之，在一个方面，本发明提供了具有可视区的侧光式LCD背光单元，该侧光式LCD背光单元包括(a)降频转换膜元件、(b)包括提取元件的光导、(C)反射器和(d)蓝光LED;其中提取元件延伸超过可视区。
[0008]在另一方面，本发明提供了LCD背光单元，该LCD背光单元包括(a)支撑结构、(b)降频转换膜元件、(c)反射器、(d)蓝光LED和(e)高反射材料和降频转换材料中的至少一种;其中高反射材料或降频转换材料与降频转换膜元件的边缘重叠或施加于支撑结构。
[0009]在另一方面，本发明提供了具有可视区的侧光式LCD背光单元，该侧光式LCD背光单元包括(a)支撑结构、(b)降频转换膜元件、(C)包括提取元件的光导、(d)反射器、(e)蓝光LED和(f)高反射材料和降频转换材料中的至少一种;其中高反射材料或降频转换材料与降频转换膜元件的边缘重叠或施加于支撑结构，并且其中提取元件延伸超过可视区。
[0010]在又一方面，本发明提供了改善跨具有可视区的LCD背光单元的色彩均匀度的方法。该方法包括在可视区的至少一个边缘中增加红光和绿光;其中LCD背光单元包括降频转换膜元件、反射器和蓝光LED。
【附图说明】
[0011]结合以下对附图和【具体实施方式】的详细说明可以更加全面地理解本发明。
[0012]图1是光导和提取图案化区域的顶视图。
[0013]图2是实施例中所用的测量设置的图示。
[0014]图3a是图2所示的设置的相机图像。
[0015]图3b是图2所示的设置的测量数据。
[0016]图4是图2所示的设置的测量数据。
[0017]图5a是光导和提取图案的顶视图。
[0018]图5b是图5a所示的区域的相机图像。
[0019]图6a是光导和提取图案的顶视图。
[0020]图6b是图6a所示的区域的相机图像。
[0021]图7是对应于图5b和图6b的测量数据。
[0022]图8是对应于图5b和图6b的测量数据。
[0023 ]图9是对应于图6b的测量数据。
[0024]图10是实施例中所用的测量设置的图示。
[0025]图1Ia是基于图10的设置的一对相机图像。
[0026]图1lb是对应于图1la的测量数据。
[0027]图12是实施例中所用的测量设置的图示。
[0028]图13a是基于图12的设置的一对相机图像。
[0029]图13b是对应于图13a的测量数据。
[0030]图14a是基于图12的设置的另一组相机图像。
[0031]图14b是对应于图14a的测量数据。
[0032]图15是实施例中所用的测量设置的图示。
[0033]图16a是基于图15的设置的一对相机图像。
[0034]图16b是对应于图16a的测量数据。
[0035]图17是实施例中所用的测量设置的图示。
[0036]图18a是基于图17的设置的一对相机图像。
[0037]图18b是对应于图18a的测量数据。
[0038]图19是实施例中所用的测量设置的图示。
[0039]图20a是基于图19的设置的一对相机图像。
[0040]图20b是对应于图20a的测量数据。
【具体实施方式】
[0041]为了跨显示器获得均匀的白色，需要在空间上保持红光、绿光和蓝光的均匀混合。我们认识到，在包含降频转换片材诸如量子点膜的背光源中，红光、绿光和蓝光的混合在空间上并不均匀，主要是因为来自不同光源的光具有不同的颜色。例如，红光和绿光来自量子点。量子点在所有方向上等几率地发射光子。因此，红光和绿光具有较宽的角分布。另一方面，蓝光来自蓝光LED。蓝光并非在所有方向上等几率地分布。蓝光的角分布主要由背光系统中的光学膜叠堆(例如，光导、漫射体和/或光重定向膜等)决定。因此，相比于红光和绿光，蓝光的分布通常较差。
[0042]红光和绿光的较宽角分布结果是位于任意一点处的色彩不仅由来自该点正下方的区域的光决定，而且由来自相邻区域的光决定。由于红光和绿光具有更宽的角分布，因此与蓝光相比受相邻区域发射的光的影响更大。
[0043]在侧光式LCD背光系统中，通常使用具有提取特征结构的光导来为显示器提供更均匀的光。该提取特征结构在可视的显示区域上通常具有不同的密度，以实现均匀的外观。例如，在LED附近通常具有很少的提取特征结构，而提取特征结构的密度随着远离LED而增大。常见的做法是在靠近LED面板的可视区的边缘处结束提取特征结构。我们发现，包含降频转换膜元件(例如，量子点膜)的侧光式背光系统在可视区的边缘处结束提取特征结构导致在该可视区的边缘处具有更深的蓝色，因为在边缘处没有足够的红光和绿光与蓝光混合并产生白光。即，在包含提取特征结构的区域之外生成的红光和绿光非常少。
[0044]此外，我们认识到，由显示器的边缘处的量子点膜发射的红光和绿光不足以产生均匀的色彩，因为在显示器边缘处损失的红光和绿光多于蓝光，由于角分布不同。
[0045]为改善显示区域的边缘附近的色彩均匀度，我们发现需要补偿显示器边缘处“缺失的”红光和绿光。可使用多种方法来实现这一目标。一种方法是抛弃显示器的可视边缘的所有边界条件。仅仅将降频转换膜元件和光导延伸到可视区域之外是不够的。对于该方法，任何再利用膜均应延伸到可视区域之外，以便在可视边缘处保持均匀的光再利用。此外，光导上的任何提取特征结构也必须延伸穿过可视区域以增加蓝光提取。均匀的光再利用本身并不足够。在一些实施方案中，提取特征结构可以被分级，以跨光导提供均匀的提取效率。
[0046]上述方法的一种折衷是LCD边框(S卩，包封显示屏并覆盖显示屏的非可视区域的框架)可能需要大于一些应用中通常期望的尺寸。另一种折衷是显示效率可能下降，因为可视区域之外存在浪费的光。
[0047]另一种改善显示区域的边缘附近的色彩均匀度的方法对于侧光式和直下式LCD背光系统均适用，该方法是将显示器边缘损失的红光和绿光反射回去。实现这一目标的一种方法是添加高反射材料诸如高反射涂层、油漆、油墨、膜或条带(例如，垫带)和/或降频转换材料至光重定向膜下方的降频转换膜元件的边缘或添加至光导的边缘。该高反射材料和/或降频转换材料可施加于降频转换膜元件或光导的顶部、侧面、顶部和侧面的组合、或所有边缘周围。例如，白色油墨可印在降频转换膜元件的边缘周围或者白色条带可附着于降频转换膜元件的边缘周围。另选地或除此之外，高反射材料和/或降频转换材料可施加于背光源机械支撑结构(例如，框架)。
[0048]合适的反射材料包括镜面反射和漫反射片，并且可以为至少约70%反射、80%反射、90%反射或几乎100%反射。白色条带或油漆可以是合适的高反射材料。一种具体可用的高反射材料是ESR(增强型镜面反射片(Enhanced Specular Reflector)，购自3M公司)，其反射率接近100%。可利用低反射材料，但它们可能需要以更高的程度与降频转换膜元件重叠。高反射材料需要重叠在降频转换膜元件上的量将随着材料反射率的变化而变化。一般来讲，材料的反射率越高，则需要重叠的越低。在一些实施方案中，材料可与量子点膜重叠例如约0.5mm至约2_。本领域的技术人员将会知道如何利用反射率和重叠来微调来自边缘附近的显示器的输出色彩。
[0049]合适的降频转换材料可包括红色量子点和绿色量子点、荧光粉、荧光染料等。降频转换材料与降频转换膜元件可为相同的材料。
[0050]在一些侧光式显示器中，可能优选的是结合上述两种方法，特别是在关注最大限度减小边框宽度以及最大限度提高显示效率的情况下。红光、绿光和蓝光的适当平衡可通过调节蓝光提取的量、反射率以及降频转换膜元件上的重叠距离来实现。
[0051 ] 实施例
[0052]下面的实施例对本发明的目的和有益效果作出更进一步的解释，但这些实施例中列举的具体材料和用量以及其它条件和细节不应解释为是对本发明不当的限制。
[0053]方法I
[0054]已经发现，提取的光在小空间维度上的较大变异能够引起背光源发出的光产生色移。使用Prometrie相机(Radiant Imaging PM系列成像色度计PM-9913E-1)来测量装置的空间色彩和亮度，采集到的数据证明了这一效果，并且还表现出改进。
[0055]为证明这一效果，如图1所示，光导102被蓝光LED 104照亮并被置于一大片ESR上(112，在图1中不可见)。光导102具有包括提取图案106a，106b的两个独立矩形区域以及光导内不包括提取特征结构的区域。光导102用于如图2所示的设置中。在光导102和ESR